JP2006155989A

JP2006155989A - 携帯型電気機器

Info

Publication number: JP2006155989A
Application number: JP2004341830A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nishiwaki; 一貴西脇
Original assignee: DIACELLTEC KK
Current assignee: DIACELLTEC KK
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】小型且つ軽量で、しかも二次電池４の冷却を効率良く行なえる冷却構造を組み込んだ、コードレス電気掃除機等の携帯型電気機器を実現する。
【解決手段】ヒートパイプ１１の一端部を、上記二次電池４に熱的に接触させる。又、このヒートパイプ１１の他端部を、ファン７により空気が流される排気流路１４部分に位置させ、この他端部外周面に、複数枚の放熱フィン１３、１３を装着する。コードレス電気掃除機の使用時に上記二次電池４の熱は、上記ヒートパイプ１１及び放熱フィン１３、１３を介して、上記排気流路１４内を流れる空気中に放散される。
【選択図】図１

Description

この発明は、コードレス電気掃除機、コードレス電動工具等、内蔵した二次電池から供給される電力で電動モータを回転させ、所定の機能を発揮させる携帯型電気機器の改良に関する。具体的には、上記二次電池の温度上昇を抑える事により、この二次電池の信頼性及び耐久性の向上を図るものである。

コードレス電気掃除機、或は、電動ドリル、電動鋸の如きコードレス電動工具等の携帯型電気機器は、ケース内に電動モータと共に二次電池を収納している。そして、この二次電池から供給される電力によりこの電動モータを回転させ、所定の機能を発揮させる様に構成している。この様な各種携帯型電気機器に組み込む二次電池としては、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池が挙げられる。何れの二次電池の場合も、温度上昇に伴って劣化が著しくなるので、使用時に於ける温度上昇を抑える為の工夫が必要になる。

この為に従来から、上記電動モータにより回転駆動されるファン構造体により上記二次電池に向けて送風し、この二次電池を冷却する事が行なわれている。但し、単に二次電池に送風しただけでは、この二次電池と空気との間の熱交換が必ずしも十分には行なわれない。従って、この二次電池の容量に対する上記電動モータの消費電力が多い等、この二次電池の使用条件が厳しい場合には、この二次電池の温度上昇が著しくなる。この為、消費電力が多い電動モータを組み込んだ携帯型電気機器の場合には、上記二次電池として、比較的優れた耐熱性を有するものを使用している。この為、リチウムイオン電池は、単位重量当りの容量が大きい等、優れた特性を有するにも拘らず、耐熱性の面から問題がある為、コードレス電気掃除機やコードレス電動工具等の、消費電力が多い電動モータを組み込んだ携帯型電気機器には使用されていなかった。

一方、二次電池の温度上昇を抑える為にヒートパイプを利用する構造が、特許文献１に記載されて、従来から知られている。この特許文献１に記載された従来構造は、スクーターの如き電動式二輪車に搭載した二次電池の温度上昇を抑える事を目的としたもので、走行時には、ヒートパイプを介してこの二次電池を放熱し、停車時には、電動ファンにより直接上記二次電池に送風してこの二次電池を放熱する様に構成している。

上述の様な特許文献１に記載された従来構造の場合、比較的大型の電動式二輪車に搭載した二次電池を冷却する事を意図したもので、装置全体を小型化する事に就いてはあまり考慮していない。具体的には、ヒートパイプによる冷却は、走行時に風洞内を通過する外気で行なうだけであり、停車時には全く別の方法（ファンによる直接冷却）により上記二次電池を冷却する。この様な構造を上述の様な携帯型電気機器に利用する事は非現実的である。

特開２０００−２９４３０１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、小型且つ軽量で、しかも二次電池の冷却を効率良く行なえる冷却構造を組み込んだ携帯型電気機器を実現すべく発明したものである。

本発明の携帯型電気機器は、従来から知られている、コードレス電気掃除機、電動ドリル、電動鋸の如きコードレス電動工具等の携帯型電気機器と同様に、ケースと、このケース内に収納された二次電池と、このケース内に収納されてこの二次電池から電力を供給される電動モータと、このケース内に収納されてこの電動モータにより回転駆動されるファン構造体と、このファン構造体により惹起された空気の流れを上記ケース外に導く為に、このケース内に設けられた空気流路とを備える。
特に、本発明の携帯型電気機器に於いては、一端部を上記二次電池に熱的に接触させると共に他端部を上記空気流路部分に位置させたヒートパイプと、このヒートパイプの他端部外周面に装着した放熱フィンとを備える。

上述の様に構成する本発明の携帯型電気機器によれば、小型且つ軽量に構成できて、しかも二次電池の冷却を効率良く行なえる。即ち、この二次電池とヒートパイプの一端部とは熱的に接触させている。この接触部には、空気と二次電池とを直接熱交換させる場合の様な、伝熱不良の境界層が形成されない為、二次電池とヒートパイプの一端部との間の伝熱性は良好になる。一方、空気流路内に存在するヒートパイプの他端部には放熱フィンを設けているので、空気との間の伝熱面積を、空気と二次電池とを直接熱交換させる場合に比べて広くできる。この結果、これら空気と二次電池との間の熱交換を効率良く行なわせて、この二次電池の温度上昇を抑えられる。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、二次電池として、それぞれが円柱状である所謂円筒型電池の複数本のセルを組み合わせて成るものを使用する。又、ヒートパイプの一端部に、その外周面に複数の部分円筒状凹面を形成した、伝熱性の良好な金属製の取付ブラケットを外嵌固定する。そして、上記各セルを、それぞれの一部外周面と上記各部分円筒状凹面とを密接させた状態で、上記取付ブラケットの周囲に支持固定する。
この様に構成すれば、汎用型で安価に得られる、円筒型のセルを組み合わせて二次電池を構成し、且つ、この二次電池と上記ヒートパイプとの間の伝熱性を良好にできる。

又、本発明を実施する場合に使用する二次電池の種類は特に問わない（ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池の何れも使用可能である）が、請求項３に記載した様に、上記二次電池としてリチウムイオン電池を使用する事が好ましい。
この理由は、次の通りである。前述した様に、リチウムイオン電池は、単位重量当りの容量が大きい等、優れた特性を有するにも拘らず、耐熱性の面から問題がある。この為、消費電力が多い電動モータを組み込んだ携帯型電気機器には使用されていなかったが、本発明を適用する事により、この様な携帯型電気機器への使用が可能になる。そして、リチウムイオン電池の使用に基づき、この様な携帯型電気機器の小型・軽量化、或いは、充電１回当りの使用可能時間の延長が可能になる。

更に、本発明を実施する携帯型電気機器の種類は、各種考えられるが、例えば請求項４に記載した様に、ファン構造体を集塵の為にケース内の一部を負圧にする為のファンとし、空気流路を、このファンの下流側に設けられた排気流路とする事が考えられる。この様な構造は、コードレス電気掃除機に対応するものである。
或いは、請求項５に記載した様に、ファン構造体を、電動モータを冷却する為に、この電動モータを構成する回転駆動軸の一部周囲に設けられた羽根とし、空気流路を、この羽根の下流側に設けられた排気流路とする。この様な構造は、コードレス電動工具に対応するものである。

図１〜２は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施例１として、本発明をコードレス電気掃除機に適用した場合の構造を示している。内部を空気が流通自在としたケース１の内部に、風上側（図１の右側）から順番に、通気性を有する材料により袋状に形成した集塵バッグ２と、電動モータ３と、二次電池４とを、空気の流れ方向に関して互いに直列に配置している。上記ケース１の風上側端部には、集塵ホース５の基端部（図１の左端部）を接続しており、この集塵ホース５の基端側開口を、上記集塵バッグ２内に通じさせている。上記ケース１の中間部でこの集塵バッグ２の直風下側部分には多孔の支持板６を設けて、この集塵バッグ２の過度の変形を抑えている。又、上記電動モータ３により回転駆動されるファン７を上記支持板６の直風下側に配置して、上記集塵ホース５を通じて外気を吸引自在としている。又、上記ファン７により吸引された空気は、上記ケース１の風下側端部に設けた排気口８を通じて、外部に排出する様にしている。この様な構造は、一般的なコードレス電気掃除機と同じである。

特に、本実施例の場合には、上記二次電池４を、上記ケース１の内部風下寄り部分のうち、上記排気口８から空気の流れ方向に関して側方（図１の下方）に外れた部分に配置している。上記二次電池４は、それぞれが乾電池の如き円柱状に形成された複数本（本実施例の場合には４本）のセル９、９を組み合わせて成る。これら各セル９、９は、図２に示す様に、それぞれの一部周面を、取付ブラケット１０の外周面に密接させた状態で、この取付ブラケット１０の周囲に支持固定している。この支持ブラケット１０は、銅或いは銅系合金、又は、アルミニウム或いはアルミニウム系合金等の、伝熱性の良好な金属製で、ヒートパイプ１１の一端部（図１の下半部）に外嵌固定している。尚、上記支持ブラケット１０はこのヒートパイプ１１に対し、締り嵌めで外嵌するか、或いは伝熱性の良好な接着剤を使用して接着固定する事により、上記支持ブラケット１０と上記ヒートパイプ１１との間の伝熱が効率良く行なわれる様にする。

又、上記取付ブラケット１０の外周面複数個所（本実施例の場合には４個所）には、部分円筒状凹面１２、１２を形成している。これら各部分円筒状凹面１２、１２の曲率半径は、上記各セル９、９の外周面の曲率半径と一致させている。従って、これら各セル９、９の一部外周面と上記各部分円筒状凹面１２、１２とは、それぞれ十分に広い面積で当接する。尚、これら各セル９、９の一部外周面と上記各部分円筒状凹面１２、１２との当接部に関しても、必要に応じて、伝熱性の良好な接着剤により接着する。従って、上記取付ブラケット１０と上記各セル９、９との間の伝熱も、効率良く行なわれる。

更に、上記ヒートパイプ１１の他端部（図１の上半部）には、それぞれがプレートフィン型である、複数枚の放熱フィン１３、１３を、互いに平行に、且つ互いに間隔をあけた状態で外嵌固定している。これら各放熱フィン１３、１３は、前記ファン７と前記排気口８との間に存在する排気流路１４部分に、この排気流路１４部分での空気の流れ方向に対して平行に設置されている。上記各放熱フィン１３、１３の内周縁と上記ヒートパイプ１１の他端部外周面とも、締り嵌めにより、或いは伝熱性の良好な接着剤の使用により固定し、上記各放熱フィン１３、１３と上記ヒートパイプ１１との間の伝熱が効率良く行なわれる様にしている。

上述の様に構成する本実施例のコードレス電気掃除機によれば、小型且つ軽量で、しかも前記二次電池４を構成する上記各セル９、９の冷却を効率良く行なえる。即ち、これら各セル９、９と上記ヒートパイプ１１の一端部とは、上記取付ブラケット１０を介して、熱的に接触させている。この接触部には、空気と上記各セル９、９とを直接熱交換させる場合の様な、伝熱不良の境界層が形成されない。この為、これら各セル９、９と上記ヒートパイプ１１の一端部との間の伝熱性は良好になる。一方、上記排気流路１４内に存在する、このヒートパイプ１１の他端部には、上記複数枚の放熱フィン１３、１３を設けているので、空気との間の伝熱面積を、空気と上記各セル９、９とを直接熱交換させる場合に比べて遥かに広くできる。この結果、これら空気と各セル９、９との間の熱交換を効率良く行なわせて、これら各セル９、９の温度上昇を抑えられる。

図３〜４は、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施例２として、本発明をコードレス電動ドリルに適用した場合の構造を示している。本実施例の場合、内部を空気が流通自在としたケース１ａの内部でこの空気の流れ方向に関して中間部に配置した電動モータ３ａにより、ドリル刃１５の基端部を把持するチャック１６を、回転駆動軸１７を介して、回転駆動する様にしている。この回転駆動軸１７の中間部には、上記電動モータ３ａを冷却する空気の流れを惹起する為の羽根１８を設けている。上記コードレス電動ドリルの使用時には、この羽根１８の回転に基づき、上記ケース１ａの先端部（図２の右端部）に設けた吸気口１９から吸引した外気により上記電動モータ３ａを冷却する。そして、この電動モータ３ａを冷却した空気を、上記ケース１ａの基端側（図３の左側）内部に設けた排気流路１４ａを通じて、このケース１ａの基端部（図３の左端部）に設けた排気口８ａから外部に排出する。この様な構造は、一般的なコードレス電動ドリルと同じである。

特に、本実施例の場合には、上記電動モータ３ａに電力を供給する為の二次電池４ａを、上記ケース１ａのうちで、上記電動ドリルを操作する際の把手となる部分の内側に設置している。従って、上記吸気口１９から上記排気口８ａに向けて上記排気流路１４ａを流れる空気が、上記二次電池４ａに直接接触する事はない。これに伴って本実施例の場合には、上述した実施例１の場合と同様に、取付ブラケット１０ａとヒートパイプ１１と放熱フィン１３、１３とにより、上記二次電池４ａの熱を、上記排気流路１４ａを流れる空気に放散する様にしている。この様に二次電池４ａの熱を排気流路１４ａを流れる空気に放散する部分の基本的構造及び作用は、前述した実施例１の場合と同様である。但し、本実施例の場合には、上記二次電池４ａを構成するセル９、９の数を３本とし、これに合わせて、上記取付ブラケット１０ａの形状を変えている。

本発明の実施例１を示す略断面図。図１の拡大Ａ−Ａ断面図。本発明の実施例２を示す略断面図。図３の拡大Ｂ−Ｂ断面図。

符号の説明

１、１ａケース
２集塵バッグ
３、３ａ電動モータ
４、４ａ二次電池
５集塵ホース
６支持板
７ファン
８、８ａ排気口
９セル
１０、１０ａ取付ブラケット
１１ヒートパイプ
１２部分円筒状凹面
１３放熱フィン
１４、１４ａ排気流路
１５ドリル刃
１６チャック
１７回転駆動軸
１８羽根
１９吸気口

Claims

ケースと、このケース内に収納された二次電池と、このケース内に収納されてこの二次電池から電力を供給される電動モータと、このケース内に収納されてこの電動モータにより回転駆動されるファン構造体と、このファン構造体により惹起された空気の流れを上記ケース外に導く為に、このケース内に設けられた空気流路とを備えた携帯型電気機器に於いて、一端部を上記二次電池に熱的に接触させると共に他端部を上記空気流路部分に位置させたヒートパイプと、このヒートパイプの他端部外周面に装着した放熱フィンとを備えた事を特徴とする携帯型電気機器。
二次電池が、それぞれが円柱状である複数本のセルを組み合わせて成るものであり、ヒートパイプの一端部に、その外周面に複数の部分円筒状凹面を形成した、伝熱性の良好な金属製の取付ブラケットを外嵌固定しており、上記各セルは、それぞれの一部外周面と上記各部分円筒状凹面とを密接させた状態で、上記取付ブラケットの周囲に支持固定されている、請求項１に記載した携帯型電気機器。
二次電池がリチウムイオン電池である、請求項１〜２の何れか１項に記載した携帯型電気機器。
ファン構造体は集塵の為にケース内の一部を負圧にする為のファンであり、空気流路は、このファンの下流側に設けられた排気流路である、請求項１〜３の何れか１項に記載した携帯型電気機器。
ファン構造体は、電動モータを冷却する為に、この電動モータを構成する回転駆動軸の一部周囲に設けられた羽根であり、空気流路は、この羽根の下流側に設けられた排気流路である、請求項１〜３の何れか１項に記載した携帯型電気機器。